DE1614727C

DE1614727C - Magnet system with armature, coil and permanent magnets for mechanical actuation

Info

Publication number: DE1614727C
Application number: DE19671614727
Authority: DE
Inventors: Rudolf 7000 Stuttgart Scheidig
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1967-05-10
Filing date: 1967-05-10
Publication date: 1973-01-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem mit Anker, Spule und Dauermagneten für mechanische Betätigungen, bei dem die gesamte zur Bewegung des Ankers erforderliche magnetische Kraft aus der Energie des dauermagnetischen Feldes gewonnen und in einem einzigen magnetischen Kreis über einen einzigen Arbeitsluftspalt auf den Anker ausgeübt wird.The invention relates to a magnet system with armature, coil and permanent magnets for mechanical operations, in which the entire magnetic force required to move the armature from the Energy of the permanent magnetic field gained and in a single magnetic circuit over a single Working air gap is exerted on the armature.

Die vielseitig eingesetzten einfachen Gleichstromhubmagnete weisen den erheblichen Nachteil auf, daß ihre Spulen oft für 100 % ED (relative Einschaltdauer) bemessen werden müssen und damit die Baugröße von der Erwärmung vorgeschrieben wird. Nach dem Anziehen des Ankers wird die gesamte elektrische Leistung nur noch in Wärmeverluste umgesetzt. The versatile, simple DC solenoids have the significant disadvantage that their coils often have to be dimensioned for 100% duty cycle (relative duty cycle) and thus the size is prescribed by the warming. After tightening the anchor, the entire electrical Power only converted into heat losses.

Es sind auch Kraftmagnetsysteme für mechanische Betätigungen bekannt, in deren Magnetkreisen zusätzlich Dauermagnete angeordnet sind. Bei diesen bekannten Systemen dienen die Dauermagnete entweder zur Unterstützung der Wirkung der elektrischen Spulen, zur Steigerung der Empfindlichkeit, zum Festhalten des Ankers in den Endlagen oder zur Umkehrung der Wirkungsrichtung nach zwei Endlagen. In allen erwähnten Fällen wird die Wirkung der elektrischen Spulen üblicher Baugröße von den Dauermagneten nur unterstützt, und es bestehen zwei Arbeitsluftspalte, wobei die elektromagnetischen und die dauermagnetischen Kräfte sich in einem Luftspalt addieren, im anderen sich gegenseitig aufheben.There are also known force magnet systems for mechanical actuations, in their magnetic circuits in addition Permanent magnets are arranged. In these known systems, the permanent magnets serve either to support the effect of the electric coils, to increase the sensitivity, to hold the armature in the end positions or to reverse the direction of action after two end positions. In all the cases mentioned, the effect of the electrical coils of the usual size is dependent on the Permanent magnets only supported, and there are two working air gaps, the electromagnetic and the permanent magnetic forces add up in one air gap and cancel each other out in the other.

Durch die USA.-Patentschrifl 2 915 681 ist ein Magnetsystem mit einer Spule und einem Dauermagneten für mechanische Betätigungen bekannt, bei dem die gesamte zur Bewegung des Ankers erforderliche Kraft aus der Energie des dauermagnetischen Feldes gewonnen und in einem einzigen magnetisehen Kreis über einen einzigen Arbeitsluftspalt ausgeübt wird. Bei nicht erregter Spule wird der Anker durch die Kraft des starken Dauermagneten gegen die Kraft der Rückstellfeder angezogen und gehalten. Bei erregter Spule wird das Feld des Dauermagneten imUS Pat. No. 2,915,681 discloses a magnet system with a coil and a permanent magnet known for mechanical operations in which all of the necessary to move the armature Power obtained from the energy of the permanent magnetic field and seen in a single magnetic field Circle is exercised over a single working air gap. When the coil is not energized, the armature attracted and held by the force of the strong permanent magnet against the force of the return spring. at energized coil is the field of the permanent magnet in

ίο Arbeitsluftspalt so weit geschwächt, daß der Anker durch die Kraft der Rückstellfeder abfällt. Sobald die Erregung der Spule aufgehoben wird, wird der Anker durch den Dauermagneten wieder angezogen. Bei einer solchen Anordnung wird also die eine Schaltstellung des Ankers nur durch die Erregung der Spule aufrechterhalten. Dies ist für viele Anwendungsfälle unerwünscht, da hierbei der obenerwähnte Nachteil einer elektrischen Dauererregung ebenfalls auftritt.ίο Working air gap weakened so far that the armature drops due to the force of the return spring. Once the coil is de-energized, the armature becomes attracted again by the permanent magnet. With such an arrangement, there is one switching position of the armature can only be maintained by energizing the coil. This is for many use cases undesirable, since the above-mentioned disadvantage of continuous electrical excitation also occurs here.

Durch das deutsche Gebrauchsmuster 1 823 772 ist weiterhin ein elektrisch geschalteter Gleichstrommagnet bekannt, der einen Dauermagnetkörper mit verhältnismäßig kleiner Koerzitivkraft aufweist, der durch eine entsprechend gerichtete Erregung der Spule aufmagnetisiert wird, so daß der Anker nach dem Abschalten der Spule haftenbleibt, während er durch eine gegensinnige Erregung der Spule entmagnetisiert wird, so daß der Anker abfällt. Bei dieser Anordnung dient der Dauermagnetkörper lediglich zum Festhalten des Ankers in der einen Endlage.The German utility model 1 823 772 still has an electrically switched direct current magnet known, which has a permanent magnet body with a relatively small coercive force, the is magnetized by a correspondingly directed excitation of the coil, so that the armature after the disconnection of the coil remains, while it is demagnetized by an excitation of the coil in the opposite direction so that the anchor falls off. In this arrangement, the permanent magnet body is only used to hold the armature in one end position.

Durch die britische Patentschrift 621 011 ist ferner ein Magnetsystem bekannt, das einen Dauermagnetkörper aufweist, dessen Fluß durch die impulsmäßige Erregung einer Spule so abgelenkt wird, daß er verstärkt auf den Anker wirkt und dieser zum Anziehen gebracht wird. Bei einer gegensinnigen Erregung der Spule wird der Fluß des Dauermagneten nach der dem Anker abgewandten Seite abgelenkt, so daß der Anker unter der Kraft einer Rückstellfeder abfällt. Bei dieser Anordnung kann die impulsmäßige Erregung der Spule auch kürzer als die Ankerumschlagzeit sein, sie muß jedoch so lange andauern, bis der Anker seine unstabile Mittelstellung durchlaufen hat.A magnet system is also known from British patent specification 621 011, which has a permanent magnet body whose flux is deflected by the pulsed excitation of a coil so that it amplifies acts on the anchor and this is made to tighten. If the excitation is in the opposite direction Coil, the flux of the permanent magnet is deflected to the side facing away from the armature, so that the Armature drops under the force of a return spring. With this arrangement, the pulsed excitation the coil also be shorter than the armature turnaround time, but it must last until the Anchor has passed through its unstable middle position.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den räumlich großen Glcichstromhubmagneten mit meist elektrischer Dauererregung und hohen Wärmevcrlusten während des Betriebes durch ein System kleinerer Baugröße mit Dauermagneten zu ersetzen. Dies wird bei einem Magnetsystem mit Anker, Spule und Dauermagneten der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß zur Erzeugung des dauermagnetischen Feldes zwei Dauermagnetkörper mit unterschiedlichem Dauermagnetverhalten vorgesehen sind, die entweder in Parallel- oder in Serienschaltung angeordnet sind, wobei der eine Dauermagnetkörper eine große Koerzitivkraft aufweist und der andere Dauermagnetkörper mit verhältnismäßig kleiner Koerzitivkraft durch Erregung der Spule mit im Vergleich zur Ankerumschlagszeit sehr kurzen Stromimpulsen umpolbar ist.The invention is based on the object of providing the spatially large direct current lifting magnets with mostly electrical permanent excitation and high heat losses during operation by a system of smaller Replace size with permanent magnets. This is done with a magnet system with armature, coil and Permanent magnets of the type mentioned achieved in that according to the invention for generating the permanent magnetic field provided two permanent magnet bodies with different permanent magnet behavior are arranged either in parallel or in series, the one permanent magnet body has a large coercive force and the other permanent magnet body with relatively smaller Coercive force through excitation of the coil with very short current pulses compared to the armature changeover time polarity is reversible.

Die Koerzitivkraft des einen Werkstoffes ist hierbei so groß, daß er auch während der Betriebserregung sowie bei der durch das Abfallen und Anziehen des Ankers sich jeweils einstellenden Schcrung des Hubmagnetkreiscs stabil bleibt, d. h. immer auf dem gleichen geraden Ast seiner Magnetisierungskurve arbeitet. Die Koerzitivkraft des zweiten Werkstoffes ist so scwählt. daß die Bctricbserrccun« diesen Teil sicherThe coercive force of one material is so great that it can also be energized during operation as well as with the shear of the lifting magnet circuit that is set in each case by the falling off and tightening of the armature remains stable, d. H. always works on the same straight branch of its magnetization curve. The coercive force of the second material is so selected. that the officers are sure of this part

ummagnetisiert. Bei gleichgerichteter Polung wird das Anziehen durch die dauermagnetischen Kräfte bewirkt, bei entgegengesetzter Polung wird das Abfallen für die Belastung (Ankergewicht, Last, Rückholfeder usw.) ohne den Nachteil einer Klebekraft freigegeben. magnetized. With the same polarity, this will be Attracting caused by permanent magnetic forces, if the polarity is opposite, it will fall off released for the load (anchor weight, load, return spring, etc.) without the disadvantage of an adhesive force.

Gemäß einer Ausbildung nach der Erfindung enthält der Mantel eines Topfmagneten sowohl den stabilen wie den umsteuerbaren Dauermagnetkörper.According to an embodiment of the invention, the jacket of a pot magnet contains both the stable like the reversible permanent magnet body.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung bilden der Mantel den stabilen und der Anker den umsteuerbaren Dauermagnetkörper bei einem Topfmagnetsystem. According to a further embodiment of the invention, the jacket forms the stable one and the armature forms the reversible one Permanent magnet body in a pot magnet system.

Das beschriebene Magnetsystem weist verschiedene Vorteile auf. Da in neuartigen Dauermagnetwerkstoffen die magnetische Energie auf kleinerem Raum zu konzentrieren ist als in weichmagnetischen Spulen, wird die gleiche mechanische Arbeit mit einem wesentlich kleineren System erreicht. Die Spule kann für sehr kurze elektrische Impulse bemessen sein (z. B. Kondensatorentladung), d. h. sie kann auf einen minimalen Raum beschränkt werden. Dies führt zu einer weiteren Verkleinerung des beschriebenen Magnetsystems. Durch einen sehr kurzen Impuls mit kleiner Zeitkonstante und hoher Leistung kann die Ummagnetisierung schon bewirkt sein, bevor der mit einer tragen Last behaftete Anker sich bewegt, da die Anzugskraft nur aus der Dauermagnetenergie gewonnen wird. Genauso schnell kann durch die Ummagnetisierung das Abfallen eingeleitet werden. Zusammengefaßt ergeben sich durch die beschriebene Anordnung eine wesentliche Verkleinerung des Systems bei vorgegebener mechanischer Arbeit, kürzeste elektrische Steuerimpulse in einer kleineren Spule und ein sehr zuverlässiges Schaltverhalten.The magnet system described has various advantages. As in new permanent magnet materials the magnetic energy has to be concentrated in a smaller space than in soft magnetic ones Coils, the same mechanical work is achieved with a much smaller system. the Coil can be sized for very short electrical impulses (e.g. capacitor discharge), i. H. she can be restricted to a minimal space. This leads to a further reduction in the size of the one described Magnet system. With a very short pulse with a small time constant and high power the magnetization reversal must already be effected before the armature, which is subject to a load, moves, since the attraction force is only obtained from the permanent magnet energy. Magnetization can be just as fast the falling can be initiated. In summary, result from the described Arrangement a significant reduction in the size of the system with a given mechanical work, shortest electrical control pulses in a smaller coil and very reliable switching behavior.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen beschrieben, in denenThe invention is described with reference to drawings in which

F i g. 1 die schematische Anordnung eines Topfmagnetsystems, F i g. 1 the schematic arrangement of a pot magnet system,

Fig. 2 eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1, jedoch in flacher Bauweise undFIG. 2 shows an arrangement similar to FIG. 1, but in a flat design and FIG

F i g. 3 eine weitere Anordnung mit anders ausgebildetem dauermagnetischem Abschnitt zeigt.F i g. 3 shows a further arrangement with a differently designed permanent magnetic section.

In F i g. 1 sind zwei Dauermagnetkörper 1 und 2 dargestellt, die, bezogen auf den Arbeitsluftspalt 7, parallel geschaltet sind. Beide sind als Hohlzylinder ausgebildet, und der eine Hohlzylinder liegt innerhalb des anderen Hohlzylinders. Der magnetisch härtere Dauermagnetkörper ist mit 1 und der umsteuerbare Dauermagnetkörper mit 2 bezeichnet. Der weichmagnetische Anker 3 und die weichmagnetischen Flußführungsteile 4 und 5 vervollständigen den magnetischen Kreis. Mit 6 ist die Spule bezeichnet. Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung ist bei länglicher Ausbildung des Magnetsystems unter Verwendung von Dauermagneten zweckmäßig, die ihrem Werkstoff gemaß in schlanker Form optimal dimensioniert sind, wie z. B. Al-Ni-Magnete.In Fig. 1 shows two permanent magnet bodies 1 and 2 which are connected in parallel with respect to the working air gap 7. Both are designed as hollow cylinders, and one hollow cylinder lies within the other hollow cylinder. The magnetically harder permanent magnet body is denoted by 1 and the reversible permanent magnet body is denoted by 2. The soft magnetic armature 3 and the soft magnetic flux guide parts 4 and 5 complete the magnetic circuit. With the coil 6 is designated. The in F i g. The arrangement shown in FIG. 1 is expedient with an elongated design of the magnet system using permanent magnets that are optimally dimensioned according to their material in a slim form, such as. B. Al-Ni magnets.

In der abgefallenen Stellung des Ankers 3, wie sie in F i g. 1 dargestellt ist, sind die beiden Dauermagnetkörper 1 und 2 gegensinnig magnetisiert. ZumIn the fallen position of the armature 3, as shown in FIG. 1 is shown, the two permanent magnet bodies 1 and 2 magnetized in opposite directions. To the

ίο Anziehen des Ankers 3 wird die Spule 6 kurzzeitig in einer Richtung erregt, die den Dauermagnetkörper 2 umpolt. Nun sind beide Dauermagnetkörper 1 und 2 gleichsinnig magnetisiert, so daß der Anker 3 durch die dauermagnetischen Kräfte beider Dauermagnetkörper 1 und 2 angezogen wird. Wird die Spule 6 darauf kurzzeitig in der anderen Richtung erregt, wird der Dauermagnetkörper 2 wieder umgepolt, so daß die Dauermagnetkörper 1 und 2 gegensinnig magnetisiert sind. Dadurch wird der Anker 3 freigegeben und fällt ab, Die Koerzitivkraft des Dauermagnetkörpers 1 ist hierbei so groß, daß er auch während der Belriebserregung sowie bei der durch das Abfallen und Anziehen des Ankers sich jeweils einstellenden Scherung des Magnelkreises stabil bleibt, d. h.When the armature 3 is tightened, the coil 6 is briefly excited in a direction that reverses the polarity of the permanent magnet body 2. Now both permanent magnet bodies 1 and 2 are magnetized in the same direction, so that the armature 3 is attracted by the permanent magnetic forces of both permanent magnet bodies 1 and 2. If the coil 6 is then briefly excited in the other direction, the polarity of the permanent magnet body 2 is reversed again, so that the permanent magnet bodies 1 and 2 are magnetized in opposite directions. As a result, the armature 3 is released and falls off. The coercive force of the permanent magnet body 1 is so great that it remains stable even during the energization and during the shear of the magnetic circuit that occurs as a result of the armature falling off and tightening, ie

auf dem gleichen geraden Ast seiner Magnetisicrungskurve arbeitet.works on the same straight branch of its magnetization curve.

Die Koerzitivkraft des anderen Dauermagnetkörpers 2 ist so gewählt, daß die Betriebserregung ihn sicher ummagnetisiert. Diese Betriebserregung kann so kurz sein, daß der elektrische Vorgang bereits abgeschlossen ist, ehe die Dauermagnetkörper allein aus ihrer Energie den Anker beschleunigen und bis zu einer neuen stabilen Stellung des Ankers Arbeit leisten. The coercive force of the other permanent magnet body 2 is chosen so that the operational excitation him safe magnetized. This operational excitation can be so short that the electrical process has already been completed is before the permanent magnet bodies accelerate the armature solely from their energy and up to work on a new stable position of the anchor.

In Fig. 2 sind die Dauermagnetkörper 1 und 2 in bezug auf den Arbeitsluftspalt 7 in Reihe geschaltet. Die übrigen Teile dieses Kreises sind wie in F i g. 1 bezeichnet. Eine solche Anordnung läßt sich z. B. durch eine Paarung von isotropem Bariumferrit mit Kobaltferritmagneten bauen. Die Dauermagnetkörper 1 und 2 bestehen dabei aus ringförmigen, flachen Scheiben.In Fig. 2, the permanent magnet bodies 1 and 2 are connected in series with respect to the working air gap 7. The remaining parts of this circle are as in FIG. 1 referred to. Such an arrangement can be, for. B. build by pairing isotropic barium ferrite with cobalt ferrite magnets. The permanent magnet body 1 and 2 consist of ring-shaped, flat discs.

In F i g. 3 sind die Dauermagnetkörper auf Mantel und Anker verteilt. Der stabile Mantel 8 und der umsteuerbare, dauermagnetische Anker 9 wirken in Reihe auf den Arbeitsluftspalt 12. Die weichmagnetischen Flußführungsteile 10 und 11 ergänzen den magnetischen Kreis. Die Spule ist mit 13 bezeichnet. Die Anordnung nach F i g. 3 läßt sich in länglicher Bauform mit dem bei F i g. 1 angeführten Werkstoffbeispiel und in flacher Bauform mit dem bei Fig. 2 angeführten Werkstoffbeispiel herstellen.In Fig. 3, the permanent magnet bodies are distributed over the jacket and armature. The stable jacket 8 and the reversible, Permanent magnetic armatures 9 act in series on the working air gap 12. The soft magnetic ones Flux guide parts 10 and 11 complete the magnetic circuit. The coil is denoted by 13. the Arrangement according to FIG. 3 can be in an elongated design with the one shown in FIG. 1 material example given and in a flat design with that given in FIG Manufacture material example.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Magnetic system with armature, coil and permanent magnets for mechanical actuation, in which the entire magnetic force required to move the armature from the energy of the permanent magnetic field and obtained in a single magnetic circuit over a single working air gap is exercised on the armature, characterized in that for Generation of the permanent magnetic field with two permanent magnetic bodies (1 and 2 or 8 and 9) different permanent magnet behavior are provided, either in parallel or in series are arranged, the one permanent magnet body (1 or 8) having a large coercive force has and the other permanent magnet body (2 or 9) with relatively smaller Coercive force due to excitation of the groove (6 or 13) with compared to the anchor envelope polarity can be reversed for very short current pulses.

2. Magnet system according to claim 1, characterized in that the jacket of a pot magnet contains both the stable and the reversible permanent magnet body.

3. Magnet system according to claim 1, characterized in that in a pot magnet system the jacket forms the stable and the armature forms the reversible permanent magnet body.